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利用藻—溞系统去除污水中磷的初步研究

作　者: 马金奉
导　师: 邓春生
学　校: 中国农业科学院
专　业: 环境科学
关键词: 富营养化蛋白核小球藻大型溞生物操纵除磷
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

水污染治理是人类面临的重大难题。人类探索了物理、化学及生物等多种修复方法来改善水质，取得一定的修复效果。生物修复的方法由于其环保、经济、无二次污染，是目前污染水体修复的研究热点。利用微藻修复污染水体属于生物修复的一种，利用藻类快速生长大量消耗污染水体氮磷等营养盐从而达到污染水体的修复，国内外已有应用成功的案例报道。但快速生长后微藻生物量的去除是污染水体修复成功与否的关键。本研究以生态学原理为基础，设计了藻-溞-鱼污水修复系统，以生物控藻的方式将污水中的氮、磷等营养物质通过藻-溞-鱼系统传递到水体食物链顶层鱼，最终通过人类的捕捞活动完成水体中磷的去除。本研究采用蛋白核小球藻为试验藻种，首先研究其在无菌环境下的对污水中磷的去除能力，然后研究其在补充营养的开放环境下的除磷效果，找出其高效稳定除磷时的藻密度，在此密度下建立污水-微藻修复系统及污水-微藻-大型溞修复系统并进行除磷效果试验。尝试了利用微藻连续培养系统进行连续除磷，研究了大型溞对微藻的牧食能力、锦鲤对大型溞的牧食能力，设计了最终通过藻-溞-鱼食物链将污水中的磷转移出水体的污水生物修复方案，获得了如下研究结果：（1）确认了蛋白核小球藻在进入新环境后对磷有过饱和吸收现象；明确了蛋白核小球藻过饱和吸收量是（3.12±0.39）×10^-10mg/cell；达到过饱和吸收的条件是在藻细胞胞外TP浓度不低于0.28mg/L；达到过饱和吸收时间是不低于8小时。（2）在环境总磷含量充足情况下蛋白核小球藻正常生长过程中藻细胞含磷量恒定，饱和含磷量为（1.50±0.50）×10^-10mg/cell。这一研究结果支持藻类具有稳定分子式的观点，同时也为将藻生物量从水体中去除则可以达到去除水体中相应数量磷的做法提供了理论依据。（3）不同初始接种量研究结果表明，蛋白核小球藻初始接种量在1.0×105～3.7×10⁶cells/mL范围内，初始接种量越大，除磷速度越快。培养96h后对污水（初始磷含量0.31mg/L）中总磷的去除率基本稳定，都可以达到75%。（4）建立了20L的污水-微藻修复系统，在开放环境下通过每日补充营养盐保持系统环境稳定，在蛋白核小球藻接种72小时后系统稳定运行。微藻修复系统稳定运行期间，平均每24h向外取（6.36±0.17）L藻液，去除藻细胞（8.28±0.79）×109个，TP浓度削减量为（0.076±0.015）mg/L。（5）尝试建立20L的蛋白核小球藻连续培养除磷系统，连续除磷系统中微藻密度为（2.28±0.08）×10⁶cells/mL，每24h可处理初始磷浓度为（0.48±0.02）mg/L的污水（4.87±0.09）L，磷的去除率为（71.72±1.33）%。（6）研究了大型溞对蛋白核小球藻的牧食能力，得到大型溞对蛋白核小球藻的摄食率方程为y=3×10^-8x²-0.0879x+133956（R²=0.9996），式中y为大型溞摄食速度（单位cells/（溞·h）），x为藻密度（单位cells/mL）。利用大型溞牧食蛋白核小球藻的系统中，藻密度在（2.28±0.08）×10⁶cells/mL的藻液，按1.57×10⁶：1的藻溞比投入大型溞，5天微藻的去除率达91.54%。（7）在污水-蛋白核小球藻-大型溞共存的系统中，藻密度在9.28×105～1.60×10⁶cells/mL范围内，保持藻－溞修复系统中藻细胞密度不增加的藻溞数量比是3.02×10⁶：1。（8）研究了锦鲤对大型溞的牧食能力，锦鲤对大型溞的摄食率方程为：y=4.947x^-1.2794，R²=0.94，式中y为摄食率，单位10³溞个数/（g·h）；x为鱼湿重，单位g。根据方程式可知一尾湿重1.00g的锦鲤12h理论上可以吃掉59364只大型溞。锦鲤对溞有强大的牧食能力。本研究的结果证明，通过通过藻-溞-鱼食物链除磷控藻的方法是可行的。

利用藻—溞系统去除污水中磷的初步研究

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